用于提高燃煤发电设备的联合循环效率的脱水系统和过程技术方案

本发明专利技术涉及用于提高燃煤发电设备的联合循环效率的脱水系统和过程。一种用于处理煤的过程包括：使煤与配置成用来从煤中移除矿物的浸出剂接触；形成包括水和一定浓度的污染物的废水流；以及在压力下使废水流与反渗透膜的第一侧接触，其中。包括减小的浓度的污染物的透过物流透过所述反渗透膜且自该反渗透膜的第二侧流动，且包括增大的浓度的污染物的浓缩物流保留在所述反渗透膜的第一侧。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容大体而言涉及燃煤发电设备，且更特定而言，涉及具有提高的联合循环效率的燃煤发电设备。背景抟术燃烧煤来产生电能的效率可通过利用燃煤涡轮而提高。但是，应当移除煤中的各 种矿物，诸如(但不限于)无机矿物，以防止对涡轮叶片和其它系统构件造成损坏。因此， 在燃烧之前或者燃烧之后但在燃烧气体进入涡轮前移除矿物。在前一种办法中，煤的无机 矿物含量被减至小于大约0.1重量百分比(重量％ )。这种纯度的煤被称作超净煤(UCC)。 UCC还可被用作用于生产大批的有用有机化合物和聚合物的原料。存在于煤中的无机矿物将取决于煤的来源，且可包括高岭石，石英，粘土，诸如绿 泥石和蒙脱石，黄铁矿，锐钛型二氧化钛和陨铁(Siderate)。无机矿物也可包括赤铁矿、铁 矾、白云石、磷灰石、氟磷灰石、长石和石膏。生产UCC的一种方法是通过利用诸如强酸的浸出剂来洗涤煤以浸出矿物。用于进 行浸出以生产洁净煤的方法是众所周知的。浸出剂的实例包括氢氟酸、硝酸和硝酸铁。在 一种具体方法中，首先用氢氟酸的水溶液溶浸煤，然后利用硝酸或硝酸铁的水溶液溶浸煤。 利用氢氟酸水溶液来溶浸煤在本文中称作氟化物处理。用过的浸出溶液不仅包含氢氟酸、硝酸或硝酸铁，而且还包含从煤中浸出的矿物。 存在于煤中的矿物杂质由浸出剂溶解，从而将硅、铝、铁、钛、钾、钙、钠、镁、钡、锶、钒、铜、 锰、锆、锌、铈或包括前述元素中至少一种元素的组合释放到浸出剂溶液内。释放到浸出剂 溶液内的元素和元素量取决于煤的来源和其中的矿物含量。用过的浸出溶液是废水流，其不应不经处理就直接释放到环境中。处理这种废水 的一种方式是通过煮沸去除水，并填埋固体残留物。但是，燃煤涡轮设备由于从废水中通过 煮沸去除水而承受能量效率损失。包括用来通过煮沸去除水的能量，燃煤涡轮设备的联合 循环效率(其可按照较高热值(HHV)来测量)仅为大约33%。这种低效率使得燃烧UCC来 发电在环境和经济两方面都是不合乎需要的。期望的是一种用于处理洗煤过程的废水流的改进的方法。具体而言，具有一种用 来从废水中移除水而不会承受与煮沸水相关联的能量效率损失的方法将是有利的。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，一种用于处理煤的过程包括使煤与配置成用来从煤中移 除矿物的浸出剂接触；形成包括水和一定浓度污染物的废水流；以及在压力下使废水流与 反渗透膜的第一侧接触，其中，包括减小的浓度的污染物的透过物流透过该反渗透膜并且 自该反渗透膜的第二侧流动，且包括增大的浓度的污染物的浓缩物流保留在反渗透膜的第一侧。根据本专利技术的另一方面，一种煤处理系统包括构造成用来产生超净煤的前置煤处 理级，其中，该级包括构造成用来从煤中移除矿物及形成废水流的浸出剂处理系统；以及与 浸出剂处理系统流体连通且构造成用来减小废水流中污染物的浓度的脱水系统，其中该脱水系统包括与废水流流体连通的反渗透膜。结合附图，通过下文的描述，这些和其它优点和特征将变得更加显而易见。 附图说明在说明书结论处的权利要求书中特别地指出和明确地主张了被认为是本专利技术的 主题。当结合附图考虑时，通过下文的具体实施方式，本专利技术的前述和其它特征和优点显而 易见，在附图中图1是以较高热值为单位的联合循环效率与溶质的水倍数(的关系)的曲线。图2是渗透压和溶质重量百分比与水移除百分比(的关系)的曲线。图3是燃煤涡轮发电设备的一个示范性实施例的流程图。 图4是图3的燃煤涡轮发电设备的氟化物煤处理系统的一个示范性实施例的流程 图。 以参看附图举例说明的方式，具体实施方式阐述了本专利技术的实施例，以及优点和 特征。部件列表 __ 在本文中公开了用于提高燃煤发电设备的联合循环(CC)效率的系统和过程，具 体地公开了一种脱水系统和过程，其降低了当从由洗煤过程所得到的废水流中移除水时所 致的效率损失。本文的专利技术人意外地发现可通过利用反渗透的脱水系统来移除来自煤氟化 物清洗的废水以及浓缩所溶解的盐。这个过程可有效地移除水，即便是废水具有低PH，极其 腐蚀性的性质以及高的总溶解固体。如上文所提到的那样，使用超净煤的燃煤涡轮设备的CC效率(HHV)受到从在清洗 煤的处理中所产生的废水中通过煮沸去除水所需的能量的不利影响。高效的燃煤发电设备 在经济和环境两方面都是合乎需要的。具体而言，取决于涡轮类别，接近或大于50 %效率的 直燃式燃气涡轮将降低燃煤发电设备的成本和环境影响。在燃烧之前利用氟化物处理来洗 煤是这个过程中的重要步骤。为了从废水流捕获溶解的盐以进行进一步处理，目前通过煮 沸来移除水且固体浓缩。但通过煮沸去除水会导致CC效率高达17点的损失。如本文所公 开的脱水方法可将CC效率的损失减小到低至2点。因此，用于在燃煤涡轮发电设备中处理煤的过程包括在一定温度和压力下使煤与 浸出剂接触，以及持续使得从煤中移除矿物有效的一段时间，其中，形成了包括一定浓度的 污染物的废水流；以及在压力下使废水流与反渗透膜的第一侧接触，其中包括减小的浓度 的污染物的透过物流透过该反渗透膜且从反该渗透膜的第二侧流动，且包括增大的浓度的 污染物的浓缩物流保留在反渗透膜的第一侧。废水在其进入反渗透膜时可能有时被称作“进料”。来源于洗煤处理浸出溶液的废水污染物可包括但不限于氢氟酸、硝酸、硝酸铁或 包括前述浸出剂中至少一种浸出剂的组合。来源于从煤中浸出的无机矿物的废水污染物可 包括但不限于硅、铝、铁、钛、钾、钙、钠、镁、钡、锶、钒、铜、锰、锆、锌、铈或包括前述元素中至 少一种元素的组合。废水流中污染物的类型和量将取决于所用的浸出剂、煤的来源和煤的 矿物含量。通过藉由反渗透来移除水而浓缩的具体污染物可包括氢氟酸、氟化物、硝酸、硝酸 铁、硝酸盐、硅、铝、铁或包括前述污染物中至少一种污染物的组合。取决于废水中的PH及 硅和氟化物的浓度，硅可为Si02、Si (OH)4, SiF3\ SiF22+、SiF3+、SiF4, SiF62_或包括前述硅配 位化合基中的至少一种配位化合基的组合的形式。取决于废水中的PH及铝和氟化物的浓 度，铝可为Al (OH) 3、A1F2+、A1F2+、A1F3、A1F4_、AlF52"和A1F63_或包括前述铝配位化合基中的 至少一种配位化合基的组合的形式。铁可为Fe (OH) 3、FeF2\ FeF2\ FeF3或包括前述铁配位 化合基中的至少一种配位化合基的组合的形式。取决于阳离子的电荷，这些阳离子配位化 合基中的任一种配位化合基可由一个或多个氢氧配体来取代。在脱水过程之前，废水流中的总溶解固体浓度为大约10，000毫克每升(mg/L)至 大约60，000毫克每升。废水的pH为大约0至大约4。在脱水之前，废水可具有浓度有很大 不同的不同污染物，包括但不限于例如大约0. l mg/L至大约100，000mg/L的浓度的氢氟酸、 氟化物、硝酸、硝酸铁、硝酸盐、硅、铝或铁。在一实施例中，在脱水过程后，废水流的pH增大到大约4至大约7，且废水流中的 总溶解固体浓度减小到大约0. lmg/L至大约10，000mg/L。换言之，反渗透透过物可具有浓 度各不相同的不同污染物，包括但不限于浓度为例如大约0. lmg/L至大约10，000mg/L的氢 氟酸、氟化物、硝酸、硝酸铁、硝酸盐、硅、铝或铁。在一实施例中，在脱水过程后，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理煤的过程，包括：　　使煤与配置成用来从煤中移除矿物的浸出剂接触；　　形成包括水和一定浓度的污染物的废水流；以及　　在压力下使所述废水流与反渗透膜的第一侧接触，其中，包括减小的浓度的污染物的透过物流透过所述反渗透膜且自所述反渗透膜的第二侧流动，且包括增大的浓度的污染物的浓缩物流保留在所述反渗透膜的第一侧。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SD德拉珀，DM波利佐蒂，CG森万，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]